Антифрикционные полимерные композиты, армированные вольфраматом циркония

Сотрудниками ИФПМ СО РАН, ИНХ СО РАН и ТГУ были получены композиты с полиэфирсульфоновой (ПЭС) матрицей, армированной частицами политетрафторэтилена (ПТФЭ), покрытых вольфраматом циркония, имеющим отрицательное термическое расширение. Целью работы было снижения напряжений, возникающих из-за термического несоответствия на границах раздела ПЭС/ПТФЭ, и, таким образом, уменьшения скорости износа при скольжении по контрелу из стали ШХ15 при повышенных температурах. Частицы вольфрамата циркония (ZrW₂O₈) были синтезированы методом термического разложения из гидротермально приготовленных прекурсоров. Композиты были получены методом компрессионного формования при 370 °C и содержали, согласно данным рентгеновской дифракции, кубическую фазу α – фазу ZrW2O8. Испытания на износ проводились при температурах 25, 120 и 180 °C с использованием схемы «шарик-диск» при нагрузке 5 Н и скорости 0,3 м/с. Было показано, что как скорость износа, так и коэффициент трения образцов ПЭС/ПТФЭ/ ZrW2O8 снижались при 180 °C по сравнению с образцами ПЭС/ПТФЭ без частиц вольфрамата циркония. С повышением температуры испытаний для ПЭС/ПТФЭ/ ZrW2O8 наблюдалась смена механизмов изнашивания от низкотемпературного образования трибологического слоя путем размазывания ПТФЭ до деформационного изнашивания при высоких температурах.
Полученные композиты с полимерной матрицей и включениями, содержащими частицы вольфрамата циркония, обладают пониженным уровнем термических напряжений на границе с матрицей.  Это имеет особое значение для уплотнительных и подшипниковых деталей из полимерных композитов, упрочненных антифрикционными включениями политетрафторэтилена (ПТФЭ), обладающего высоким коэффициентом теплового расширения, которые работают в условиях трения при повышенных температурах.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проекты FWRW 2022-0004 и FWRW 2021-0010. Результаты исследования опубликованы в журнале «Lubricants» (IF: 2.9; Q1 Surfaces, Coatings and Films).

Dmitriev, A.I.; Tarasov, S.Y.; Buslovich, D.G.; Panin, S.V.; Savchenko, N.L.; Kornienko, L.A.; Filatov, E.Y.; Moskvichev, E.N.; Lychagin, D.V. Wear and Friction Reduction on Polyethersulfone Matrix Composites Containing Polytetrafluoroethylene Coated with ZrW2O8 Particles at Elevated Temperatures. Lubricants 2025, 13, 535. https://doi.org/10.3390/ lubricants13120535